France, un mix électrique à 100% renouvelable à l’horizon 2050?!

France, un mix électrique à 100% renouvelable à l’horizon 2050?!
Auteur: Sibi Bonfils

Bulletin GSI, Mars 2021

Récemment, l’Agence Internationale de l’Énergie (AIE) et le Gestionnaire du Réseau de Transport d’Électricité (RTE), filiale d’Électricité de France, ont publié les résultats d’une étude conjointe identifiant « Les conditions et les exigences pour évaluer la faisabilité technique des scénarios dans lesquels le système électrique [français] serait basé sur des parts très élevées d’énergies renouvelables ». L’une des principales conclusions de cette étude est qu’un mix électrique décarboné fondé sur des parts très élevées de renouvelables est techniquement réalisable en 2050. L’hypothèse d’un Mix électrique à 100% renouvelable, solaire et photovoltaïque principalement, y a même été considérée.

On parle bien ici du système électrique français, 58 réacteurs nucléaires crachant chacun sur le réseau pas moins de 880 MW (1 500 MW pour Chooz B1 et B2)[1] et assurant bon an mal an autour de 75% de la production nationale d’électricité(aie/rte, 2021). Combien faudra-t-il de pico, micro, mini, méga et giga champs éoliens ou centrales solaires pour réussir une telle transition? Quid de la sécurité d’approvisionnement, des réserves tournantes, de la stabilité statique ou dynamique pour le robuste mastodonte avec tous ces futurs confettis de sources d’approvisionnement en électricité? Quels réseaux, UHT, THT, HT, Mt ou BT, d’interconnexion, de transport, de répartition ou de distribution pour récupérer et dispatcher économiquement toutes ces productions centralisées, réparties ou interconnectées? Faudra-t-il à nouveau déréglementer ou reréglementer l’industrie, et dans quelles directions? Le bilan carbone ou écologique et l’acceptabilité sociale seront-ils vraiment à la hauteur des attentes?

Les réseaux sociaux grouillent de ces interrogations et aussi d’affirmations toutes aussi péremptoires les unes que les autres. Les anti- et les pro- nucléaires s’y crêpent virtuellement le chignon et s’y traitent de tous les jolis noms d’oiseaux. « Le rapport qui contrarie les projets nucléaires de l’État [2]» suscite en effet des commentaires plutôt abrupts comme celui-ci : « L’avenir énergétique de la France ne doit pas être hypothéqué par des politiciens fous dansant la Carmagnole au bord du gouffre social en organisant méthodiquement le naufrage du système électrique français[3] ».

Et pourtant, c’est avec une prudence de Sioux que les auteurs ont rendu compte des résultats de leur réflexion dans un document de 186 pages au titre tout aussi mesuré : “Conditions and requirements for the technical feasibility of a power system with a high share of renewables in France towards 2050[4]”. Chaque mot compte ici et vaut son pesant de Gigawattheure.

Ce numéro du bulletin est centré sur cette étude dont il donne un bref aperçu rappelant le contexte dans lequel ce travail a été entrepris et exposant les condition critiques qui devraient être remplies pour sortir le grand électricien européen de son confort nucléaire et le pousser à affronter les aléas d’Éole et de Phébus.

1. Le contexte de l’étude

Le contexte général de l’étude est celui de la mise en œuvre de l’Agenda 2030 et de la réalisation des Objectifs de développement durable (ODD), et, plus spécifiquement, celui de la lutte contre les changements climatiques. La France, comme l’ensemble des pays qui ont ratifié l’Accord de Paris sur le climat, est engagée dans une course contre la montre pour atteindre la neutralité carbone d’ici 2050. Elle s’est dotée, pour ce faire, d’une Stratégie Nationale Bas-Carbone (SNBC) reposant en grande partie sur l’efficacité énergétique et un recours accru à l’électricité.

Cette électricité est aujourd’hui décarbonée à 93% (aie/rte, 2021), grâce principalement à son parc de production nucléaire. Les puissants réacteurs de ce parc ont pour la plupart été mis en service dans les années 80 et, avec une durée de vie estimée à 60 ans (aie/rte, 2021), ils pourraient, et devraient être déclassés dans leur grande majorité entre 2030 et 2050.

C’est dans ce contexte et celui tout aussi pesant des débats sur l’acceptabilité sociale du nucléaire qui durent au moins depuis Tchernobyl[5] et qui se sont renforcés avec Fukushima-Daiichi[6] en 2011, que le pays doit mettre au point une stratégie pour remplacer, au cours des 30 prochaines années, 400 TWh d’électricité décarbonée (rte/aie, 2021)… grâce au nucléaire.

Deux options sont aujourd’hui envisagées pour répondre, à l’horizon 2050, aux besoins en électricité d’une économie qui devrait être carboneutre et aussi fortement électrifiée à cet horizon :

1. Remplacer certains des réacteurs nucléaires déclassés par de nouveaux — c’est-à-dire lancer un nouveau programme nucléaire — et compléter ce dispositif par un fort développement des EnR afin d’obtenir un mix d’électricité totalement décarbonée d’ici à 2050 ;
2. S’appuyer sur les seules Énergies Renouvelables (EnR) pour remplacer les réacteurs déclassés. Si cette solution était retenue, la part des EnR atteindrait environ 85-90 % en 2050 et 100 % en 2060 (aie/rte, 2021).

C’est autour de ces deux idées qu’ont été conçus les 8 scénarios d’études de la Programmation Pluriannuelle de l’Énergie[7] (PPE) publiée en 2020.

Comme on peut le noter, le système électrique français se dirige, dans l’un ou l’autre de ces cas, vers un futur où la part des EnR variables dans le mix électrique va être conséquent. C’est une première qui doit, en soi, être considérée dans tous ses aspects et traitée comme cela se doit pour répondre en TOUTE SÉCURITÉ aux besoins d’une économie qui deviendra plus que jamais addicte à l’électricité. Mais de là à basculer dans l’inconnu du 100% renouvelable, il y a quelques pas à franchir. C’est à juste titre que cela suscite… un vif débat.

Ce débat franco-français « n’ayant pas permis de parvenir à un consensus sur la possibilité globale d’un futur système électrique fondé uniquement sur les EnR — notamment avec une part élevée de sources variables comme l’éolien ou le solaire photovoltaïque — la première étape consiste à évaluer si un tel système pourrait être techniquement réalisable, dans quelles conditions et selon quelles exigences » (aie/rte, 2020).

C’est dans ce contexte particulier à bien des égards, que le Ministère français de la Transition écologique a commandé à l’AIE et à RTE un rapport conjoint centré sur « les conditions et les exigences relatives à la faisabilité technique des scénarios comportant une part élevée d’EnR variables » (aie/rte, 2020). L’AIE apporte à cette réflexion son expérience internationale, notamment en matière de prospective énergétique et technologique. La variante Zéro Émissions Nettes à l’horizon 2050 (NZE2050)[8] de son Scénario Développement durable (SDS) est parfaitement susceptible de nourrir le débat et la réflexion qui agitent le monde de l’énergie en France. L’Agence vient aussi rompre le huis clos franco-français où pro- et anti-nucléaires se regardent en chien de faïence, sourds aux arguments des uns comme des autres.

2. Conditions et exigences pour un mix électrique dominé par des EnR variables

L’étude AIE/RTE a permis de dégager quatre ensembles de conditions strictes qui devraient être remplies en vue d’une intégration techniquement sûre de parts très élevées d’énergies renouvelables variables dans un grand réseau électrique comme celui de la France : i) Maintenir la stabilité du réseau; ii) Garantir la sécurité d’approvisionnement; iii) Assurer les équilibres à court terme et la régulation de fréquence; iv) Développer et adapter les réseaux électriques.

2.2. Maintenir la stabilité du système malgré la réduction de l’inertie dans le cas d’un mix électrique dominée par des moyens de production non synchrones. Les grandes machines tournantes qui alimentent les réseaux traditionnels apportent cette inertie et contribuent ainsi automatiquement à stabiliser la fréquence (en libérant une partie de l’énergie cinétique stockée par la rotation de leur rotor) avant que d’autres réserves ne prennent le relais (aie/rte, 2020). Les parcs éoliens et les panneaux photovoltaïques reliés au réseau par des convertisseurs de puissance ne contribuent pas à l’inertie et ne peuvent, de ce fait, participer pleinement à la stabilité du système.

Le rapport a identifié plusieurs techniques permettant de surmonter cette difficulté. Certaines existent déjà, sont éprouvées et parfaitement adaptées à l’objectif, comme les compensateurs synchrones. D’autres, consistant à doter les convertisseurs de puissance ou les centrales d’EnR de capacités de générer de l’inertie, sont au stade d’essais, en laboratoire ou en grandeur réelle. Dans les différents cas considérés, des expériences à l’échelle des grands réseaux électriques seront nécessaires pour valider les approches. Au-delà des enjeux techniques, le rapport attire l’attention sur les instruments réglementaires à mettre en œuvre pour déployer les technologies idoines.

Il conclut le point sur la stabilité comme suit : « Il existe désormais un large consensus scientifique sur la stabilité théorique d’un système électrique sans moyen de production conventionnel… [Cependant] la prochaine étape nécessaire consisterait à poursuivre les projets de R&D et à lancer des démonstrateurs et des projets-pilotes, afin d’obtenir un retour d’expérience sur le fonctionnement des solutions envisagées pour stabiliser le système dans une utilisation à plus grande échelle ».

2.2. Garantir la sécurité d’approvisionnement face à la variabilité de l’éolien et du solaire qui seront les moyens de production dominants dans le cas d’un mix électrique avec des parts d’EnR très élevées. La variabilité de ces deux sources d’énergie est saisonnière, mais surtout mensuelle, hebdomadaire et journalière et met au défi la capacité du système électrique qu’ils aliment à répondre en permanence à la demande.

Le rapport propose, pour relever ce défi majeur, de développer de manière très significative la flexibilité du système dans les quatre directions suivantes :

• Réaliser de nouvelles unités de pointe pilotables, alimentées par des combustibles renouvelables comme le biogaz, l’hydrogène vert ou des gaz de synthèse à base d’hydrogène vert;
• Installer des moyens de stockage dédiés à grande échelle comme les batteries (face à la variabilité journalière), des ouvrages hydrauliques de pompage/turbinage (face aux aléas hebdomadaires), des moyens de production et de stockage de combustibles de synthèse, notamment à partir de l’hydrogène vert (face à la variabilité saisonnière et interannuelle),
• Agir sur la demande avec des signaux prix adéquats et des moyens appropriés d’y répondre. Le potentiel de développement de cette flexibilité est considérable avec les véhicules électriques qui peuvent stocker l’électricité ou la fournir au réseau, l’entrée en scène de prosommateurs, la production d’hydrogène et ses multiples utilisations, la gestion intelligente de la demande…
• Développer les réseaux électriques dans une perspective visant à renforcer le maillage du système électrique au niveau régional et international et, de la sorte, à atténuer les conséquences des variations locales et faciliter l’accès à un gisement plus important de sources de flexibilité.

L’une des conclusions du rapport en ce qui concerne la flexibilité est la suivante : « Des avancées importantes devront intervenir dans les prochaines années pour faire passer certaines sources de flexibilité à un déploiement à l’échelle industrielle, par exemple la flexibilité à grande échelle des véhicules électriques ou de la production de carburants synthétiques (avec le power-to-hydrogen ou le power-to-gas) et le stockage. »

2.3. Assurer les équilibres à court terme et la régulation de fréquence en couvrant les aléas pouvant affecter la production, la consommation et la capacité de transit sur les lignes électriques. Des réserves opérationnelles correctement dimensionnées permettent d’assurer ces équilibrages. Cependant, avec un mix électrique dominé par des moyens de production diffus d’EnR variables et de tailles extrêmement contrastées, la prévision de la production n’est pas de la première évidence, rendant le dimensionnement de ces réserves d’une difficulté particulièrement prononcée. Le rapport suggère d’améliorer l’observabilité en temps réel de la production renouvelable et plus particulièrement de la production photovoltaïque en mettant à contribution les nouvelles technologies de l’information. Des unités EnR conçues spécialement avec des obligations plus strictes pour assurer les fonctions d’équilibrage sont également suggérées. Les nouvelles sources de flexibilité évoquées ci-dessus (stockage, centrales pilotables à combustibles propres, demande flexible, pilotages de la recharge des véhicules électriques, la gestion des prosommateurs…) constituent de précieuses sources de réserves opérationnelles pouvant être mises à contribution.

Ce point est résumé en insistant sur la nécessité d’améliorer les méthodes de prévision et d’adapter la règlementation à l’évolution du mix électrique. Cette adaptation devrait « permettre de recourir à la flexibilité des parcs éoliens, des panneaux photovoltaïques et des véhicules électriques, et d’établir les exigences s’appliquant aux nouveaux parcs ainsi qu’aux parcs rénovés pour garantir que le système électrique dispose d’une capacité de réserve suffisante. »

2.4. Développer les réseaux électriques pour les adapter à une production EnR répartie de façon plus diffuse. Dans un système électrique à 100% renouvelable comme envisagé, les grands pôles de production à base d’énergie nucléaire et fossile seront remplacés par des moyens de production souvent de plus petites tailles et donc plus nombreux, et disposés différemment sur le territoire. Les éoliennes offshores qui nécessiteront des réseaux en mer en sont une illustration. Tout indique que les réseaux de transport et surtout de répartition devront être repensés, « significativement renforcés ou étendus pour répondre aux variations de la production et de la consommation sur les plans géographique et temporel ».

Le rapport indique que RTE a déjà pris en compte ces évolutions pour la prochaine décennie dans son SDDR, le Schéma décennal de développement de réseau, publié récemment. Il indique aussi qu’au niveau européen le plan décennal de développement du réseau (TYNDP) intègre les renforcements décidés au niveau des pays. L’objectif principal reste l’adaptation des réseaux mais aussi l’optimisation de leur utilisation dans le sens d’une pleine exploitation de toutes les flexibilités offertes, et notamment les possibilités d’écrêtement des productions EnR.

La dorsale THT (400 et 225 kV) qui assure actuellement les transits interrégionaux et internationaux ne demanderaient des renforcements et quelques adaptations qu’au-delà de 2030 pour continuer à jouer son rôle. Le réseau en mer et les interconnexions avec les pays voisins devront ainsi être largement étendus, indique le rapport. Un accroissement sensible de la capacité d’échange à travers l’Europe est ainsi recommandé. Les réseaux de répartition (63-90kV) dont le renouvellement est prévu dans le SDDR devront être sensiblement adaptés.

En tout état de cause, résume le rapport pour ce point, « le réseau public de transport actuel constitue une bonne ossature sur laquelle s’appuyer. Il ne risque pas de devenir un facteur limitant pour l’intégration des EnR dans les années à venir si des adaptations ciblées sont mises en œuvre », ajoutant cependant que « l’adhésion de la population [à ces adaptations] constitue un facteur clé »

Conclusion

L’objectif de l’étude AIE/RTE est de déterminer les conditions strictes qui devraient être remplies en vue d’une intégration techniquement sûre de parts très élevées d’énergies renouvelables variables dans un grand réseau électrique comme celui de la France. L’étude en a retenu quatre (4). Elles ont été brièvement présentées, avec, dans chaque cas, les solutions pratiques envisagées pour y répondre. Certaines de ces solutions existent déjà et sont d’usage courant. D’autres sont à l’essai sur le terrain ou en laboratoire, demandant encore du temps et des ressources pour la R&D et le déploiement à l’échelle industrielle. La mise en œuvre de certaines autres sont engagées ou programmées comme dans le cas de l’adaptation des réseaux. Il apparaît, en tout état de cause, que les conditions peuvent être remplies et les exigences satisfaites pour réaliser un mix électrique à 100% renouvelable en France d’ici 2050.

Mais l’étude Aie/RTE ne conclut nullement la réflexion engagée dans ce pays pour adapter le mix électrique aux enjeux d’une économie nationale qui doit être carboneutre à l’horizon 2050 ainsi que préconisé dans la Stratégie Nationale Bas-Carbone (SNBC). Elle ne traite de fait que d’un des « scénarios à long terme du Bilan prévisionnel de RTE, qui porteront sur l’horizon 2050 ».

Du reste, elle n’est pas la seule à envisager un mix électrique français à 100% renouvelable à l’horizon 2050. L’Agence française de la transition écologique, l’ADEME, a examiné la faisabilité technico-économique d’un tel mix en 2015. Dans une publication plus récente, Trajectoires d’évolution du mix électrique 2020-2060 [9], datant de 2018, la conclusion de l’ADEME quant à cette faisabilité est sans équivoque : « Pour des niveaux de demande compris entre 430 TWh et 600 TWh, l’optimisation économique de l’évolution du système électrique français conduit à une part d’EnR de 85 % en moyenne en 2050, et de plus de 95 % en 2060, dans l’ensemble des cas, hormis ceux avec déploiement volontariste d’EPR ».

On connaît aussi la réflexion et le travail soutenus menés depuis plus de 20 ans par l’Association négaWatt et portant, non pas sur le mix électrique, mais sur le mix énergétique français. Voici ce que cette Association dit de son scénario de transition énergétique pour la France : « Cinq ans après le précédent exercice, le scénario négaWatt 2017-2050 est venu confirmer la possibilité technique d’une France utilisant 100% d’énergies renouvelables en 2050, tout en atteignant la neutralité carbone[10]. ».

C’est dire que le débat sur le mix énergétique n’a pas encore dit son dernier mot. Il restera aussi sensible et vif que par le passé et que maintenant, s’agissant surtout du sort pouvant être réservé au programme électronucléaire. D’aucuns parlent de peur du changement. C’est certain qu’il n’en est rien, pour un pays qui a su, il n’y as pas si longtemps, sauter le pas et harnacher le feu nucléaire pour éclairer ses villes et faire tourner ses usines. Imaginez, 59 réacteurs nucléaires, pour une puissance installée de plus de 64 GWe¹, construits et mis en service en 20 ans, entre 1972 et 1992! Dompter les caprices d’Éole et de Phébus, dans ces conditions, n’est-ce pas là que pipi de chat?

Le problème est sûrement ailleurs. Le monde n’est plus ce qu’il était et le politique n’a plus la main qu’il avait. Elle est sans doute devenue l’Invisible!

[1] Wikipédia, Liste des réacteurs nucléaires français, https://fr.wikipedia.org/wiki/Liste_des_r%C3%A9acteurs_nucl%C3%A9aires_en_France

[2] Victor Roux Goeken, Le rapport qui contrarie les projets nucléaires de l’État, Info Contexte, janvier 2021, https://www.contexte.com/article/energie/info-contexte-edf-rte-aie-le-rapport-qui-contrarie-les-projets-nucleaires-de-letat_125477.html

[3] Michel Gay, Rapport RTE : l’illusion du 100% renouvelables, Contrepoints, février 2021, https://www.contrepoints.org/2021/02/02/390094-rapport-rte-lillusion-du-100-renouvelables

[4] AIE/RTE, Conditions and requirements for the technical feasibility of a power system with a high share of renewables in France towards 2050, https://www.iea.org/reports/conditions-and-requirements-for-the-technical-feasibility-of-a-power-system-with-a-high-share-of-renewables-in-france-towards-2050;

[5] Tchernobyl, accident nucléaire majeur survenu le 26 avril 1986 dans la centrale nucléaire V.I Lénine en Ukraine, https://fr.wikipedia.org/wiki/Catastrophe_nucl%C3%A9aire_de_Tchernobyl#D%C3%A9c%C3%A8s

[6] Fukushima DaIIchi, Catastrophe nuléaires survenue au Japon après le tsunami du 11 mars 2011, https://fr.wikipedia.org/wiki/Accident_nucl%C3%A9aire_de_Fukushima

[7] Ministère français de la Transition écologique et solidaires, Programmation pluriannuelle de l’énergie, 2020, 20200422 Programmation pluriannuelle de l’énergie (ecologie.gouv.fr)

[8] Global Shift Institute, Le scénario Zéro Émissions Nettes à l’horizon 2050 de l’AIE, novembre 2020, https://www.globalshift.ca/1482/

[9] Fourni Laurent et col., ADEME, Trajectoires d’évolution du mix électrique 2020-2060, octobre 2018, https://www.ademe.fr/trajectoires-devolution-mix-electrique-a-horizon-2020-2060

[10] Association négaWatt, Scénariode transition énergétique pour la France 2017-2050, https://negawatt.org/Scenario-negaWatt-2017-2050